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摘 要：为了明确煤层气井解吸段数的确定方法及影响因素，基于前人提出的解吸阶段划分方法，提出了实际解吸段数概念和相应的确定方法，基于沁对水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层等温吸附参数和解吸压力数据研究，了解吸段数的影响因素及意义。结果表明，此次所提方法能够有效确定煤层气井解吸段数并估算初始解吸效率，煤层气井实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加，解吸阶段减少，解吸效率增加;兰氏压力增加，解吸段数先减少后增加，初始解吸效率先增加后降低。解吸压力越高，煤层气开发经历的解吸阶段越多，初始解吸效率越低。实际解吸阶段是煤层气储层评价的有效参数，沁水盆地南部煤层气井只有1～2个解吸阶段，大部分处于敏感解吸阶段，总体解吸效率较高。鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段，解吸效率整体较低。
关键词：沁水盆地南部;煤层气井;实际解吸阶段;影响因素;解吸效率
煤层气开发通过持续排水降压，将储层压力降至解吸压力以下，使甲烷解吸并通过扩散、渗流产出井筒[1]，目前对煤层气井渗流阶段研究较多，但对解吸阶段研究较少，更多是对其等温吸附特征的评价。例如，张遂安等对煤层气吸附及解吸的可逆性进行了实验研究，认为可逆性与吸附滞后并存[2];马东民等提出了一种新的解吸吸附曲线表达公式，对煤层气井解吸特征进行了研究[3]。通常认为利用等温吸附曲线对解吸效率进行预测在工程上是可行的，许多学者对利用等温吸附曲线对解吸阶段划分进行了研究，赵辉等提出了利用等温吸附曲线弧度来判定含气量随压力的变化情况及其对煤层气井产量的影响[4]。Zhang等提出利用解吸效率曲率来划分解吸阶段的思路，并提出利用启动压力、过渡压力和敏感压力将解吸阶段划分为4个阶段[5];孟艳军等，简阔等在Zhang等基础上提出了解吸阶段划分3个关键压力的精确计算方法[6-7]，同时简阔等利用分段方法研究了构造煤解吸阶段的划分方法。但对于解吸阶段的划分多处于理论完善阶段，对其实际应用研究较少，许科等利用等温吸附曲线对织金区块的排采阶段进行了划分[8]，秦勇等利用上述解吸效率分段对黔北地区长岗矿区煤层气解吸效率进行了评价，认为研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段，解吸效率高[9]。对于不同储层煤层气井实际解吸阶段存在差异，为了研究解吸段数的确定方法及影响因素，文章基于前人提出的解吸阶段划分方法，提出实际解吸段数的概念和确定方法，并研究解吸段数的影响因素及意义，为煤层气储层解吸效率定量评价提供有益探索。
1 煤层气解吸效率分段方法及条件
1.1 理论解吸阶段划分方法
孟艳军、简阔等基于兰格缪尔等温吸附理论[6-7]，利用曲率曲线的一阶导数和二阶导数，定义了启动压力、转折压力与敏感压力等吸附曲线上的3个关键节点，其计算公式如下所示。
2 实际储层解吸阶段影响因素
2.1 储层等温吸附参数影响
沁水盆地南部兰氏压力为1.84～3.84 MPa，均值为2.78 MPa;兰氏体积为25.4～44.9 cm3/g，均值为36.66 cm3/g。以兰氏压力均值2.78 MPa为定值，据式（1）～（3）计算不同兰氏体积下关键压力值见图1-a;以兰氏体积平均值36.66 cm3/g为定值，根据式（1）～（3）计算不同兰氏压力下关键压力值见图1-b。 图1-a表明，兰氏压力为2.78 MPa时，3个关键压力均随着兰氏体积增大而增大，以解吸压力为3 MPa为例，随着兰氏体积从5 cm3/g上升至50 cm3/g，煤层气井经历的解吸段数由4段降至1段，初始解吸效率由小于0.55 m3·（t·MPa）-1增加至大于2.59 m3·（t·MPa）-1，表明兰氏体积增加，解吸阶段减少，解吸效率增加。
图1-b表明，兰氏体积为36.66 cm3/g时，随着兰氏压力增加，启动压力和转折压力持续上升，敏感压力则先增加后降低。以解吸压力为3 MPa为例，兰氏压力从0 MPa上升至10 MPa，煤层气井解吸段数先后分别为4段、1段和2段，初始解吸效率由小于0.55 m3·（t·MPa）-1增加至大于2.59 m3·（t·MPa）-1后又降至1.00～2.59 cm3/g之间。表明兰氏压力增加，解吸段数先减少又增加，初始解吸效率先增加后降低。
2.2 储层解吸压力影响
利用沁水盆地南部等温吸附参数的数据计算出的关键压力见图2-a。利用牛海青、马行陟等关于鄂尔多斯盆地等温吸附参数的数据，计算出的关键压力见图2-b[10-11]。结果表明，在其余条件不变时，解吸压力越高，煤层气开发经历的解吸阶段越多，初始解吸效率越低。例如当解吸压力小于4 MPa时，仅有1～2个解吸阶段，而当解吸压力大于8 MPa时，则3～4个解吸阶段（图2-a）。
3 解吸阶段划分的实际意义
3.1 解吸段数越多，解吸效率越低
由表1可知，煤层气井实际解吸段数越多，初始解吸效率越低。在特定储层物性条件下，煤层气储层降压能力总是有限的，不能实现完全降压，因此，初始解吸效率低往往导致整个降压过程解吸效率降低。因此，煤层气井经历的实际解吸段数越多，煤层气整体解吸效率越低，解吸段数在一定程度上可以用来评价储层解吸效率，提高储层解吸效率的方法之一就是减少储层解吸段数。
图2-a还表明，沁水盆地南部绝大部分煤层气井解吸压均小于敏感压力，少数井解吸压力略高于敏感压力，说明沁水盆地南部大部分井处于敏感解吸阶段，少数井具有快速解吸和敏感解吸两个阶段，因此，总体解吸效率较高。图2-b则表明，鄂东缘解吸压力与3个关键压力关系多样，当兰氏体积小于25 cm3/g时，煤层气井一般有3～4個解吸阶段，反之，则有1～2个解吸阶段，而低煤阶煤层气储层兰氏压力一般小于25 cm3/g，因此低煤阶储层解吸阶段较多，解吸效率整体较低。 3.2 高解吸壓力不一定高产
通常认为解吸压力越高，煤层气含气量越高，产气量越高，因此常将解吸压力作为储层评价的关键指标。但据沁水盆地南部参数井解吸压力与稳产气量关系可看出（图3），随着解吸压力增加，单井日产气量先增加后降低，解吸压力为1.5～2 MPa时，日产气量最高。主要是由于解吸压力低于2 MPa的井解吸时处于敏感解吸阶段，初始解吸效率大于2.59 m3·（t·MPa）-1，解吸效率整体较高。如Q1、Q2井解吸压力分别为2 MPa和3.2 MPa，日产气量分别为1000 m3和2500 m3，Q2井解吸远大于Q1井，但日产气量却小于Q1井，主要是解吸效率差异导致的，Q1、Q2井兰氏体积分别为29.48 m3/t和40.25 m3/t，兰氏压力分别为2.83 MPa和3.03 MPa，两井的等温吸附曲线、解吸效率和敏感压力见图4。数据表明，Q1井解吸时处于敏感解吸段，初始解吸效率为6.61 m3·（t·MPa）-1，而Q2井解吸时处于快速解吸段，初始解吸效率为2.3 m3·（t·MPa）-1，解吸效率差异导致二者产量差异。
4 解吸阶段划分经验公式
虽然各关键压力有精确的计算公式，但计算复杂，不便于现场应用。依据公式（1）～（3）计算62个煤岩样品等温吸附曲线的敏感压力、启动压力和转折压力，分析3个关键压力与兰氏体积关系（图5）。
5 结论
（1） 在实际储层条件下，煤层气开发并不一定全部经历敏感解吸段、快速解吸段、缓慢解吸段和低效解吸段。因此，提出煤层气井实际解吸阶段概念，并提出了能够定量确定煤层气井解吸阶段并估算初始解吸效率的方法。
（2） 实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加，解吸阶段减少，解吸效率增加;兰氏压力增加，解吸段数先减少又增加，初始解吸效率先增加后降低;解吸压力越高，煤层气开发经历的解吸阶段越多，初始解吸效率越低。
（3） 解吸段数越多，解吸效率越低。沁水盆地南部大部分井处于敏感解吸阶段，少数井有快速解吸和敏感解吸2个阶段，总体解吸效率较高;鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段，解吸效率整体较低。
（4） 随解吸压力增加，单井日产气量先增加后降低，解吸压力为1.5～2 MPa时日产气量最高。这主要是由于解吸压力低于2 MPa的井解吸时处于敏感解吸阶段，初始解吸效率大于2.59 m3·（t·MPa）-1，解吸效率整体较高。
参考文献
[1] 贾慧敏，孙世轩，毛崇昊，等.基于煤岩应力敏感性的煤层气井单相流产水规律研究[J].煤炭科学技术，2017，45（12）：189-193.
[2] 张遂安，叶建平，唐书恒，等.煤对甲烷气体吸附、解吸机理的可逆性实验研究[J].天然气工业， 2005， 25（1）：44-49.
[3] 张洲，鲜保安，周敏，等.近直立煤储层裂隙系统及优势渗流通道特征研究[J].新疆地质，2019，37（1）：112-115.
[4] 李科，荣雄，王增存，等.新型表面活性剂清洁压裂液体系研究及应用[J].钻采工艺，2019，42（6）：134-136.
[5] Zhang Z，Qin Y，Wang G X，et al.Numerical description of coalbed methane desorption stages based on isothermal adsorption experiment[J].Science China： Earth Sciences，2013，43（8） ：1352-1358.
[6] 肖文杰，陈雄涛.煤层气储层的测井评价方法研究综述[J].云南化工，2019，46（7）：9-10.
[7] 简阔，傅雪海，张玉贵.构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算[J].煤炭科学技术，2015，43（4）： 57-62.
[8] 许科，崔彬.等温吸附曲线在煤层气排采中的应用—以织金区块为例[J].油气藏评价与开发，2015，5（6）：73-80.
[9] 秦勇，郑长东，王博洋，等.基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价—以黔北地区长岗矿区为例[J].天然气工业，2018，38（9）：40-47.
[10] 赵爱芳，李吉，吕文刚，等.煤层气井压裂裂缝参数优化新方法[J].钻采工艺，2019，42（4）：47-49+8-9.
[11] 马行陟，宋岩，柳少波，等.中高煤阶煤储层吸附能力演化历史定量恢复—以鄂尔多斯盆地韩城地区为例[J].石油学报，2014，35（6）：1080-1086.
Abstract：In order to determine the division method and influence factors of the number of desorption stages for CBM wells，the concept，the number of actual desorption stages，and the corresponding determining method are proposed in this present study，based on the desorption stages dividing method proposed by the previous researchers.The influence factors and significance of actual desorption stages are studied，based on the parameters of isothermal adsorption and desorption pressure from Qinshui Basin and the eastern margin of Ordos Basin.The results show that the method given by this paper can effectively determine the number of desorption stages，and estimate the initial desorption efficiency for some CBM wells.The actual desorption stage of CBM well is determined by Langmuir pressure，Langmuir volume，and the desorption pressure.With the increase of Langmuir volume，the number of desorption stages decreases while the initial desorption efficiency increases.With the increase of the Langmuir pressure，the number of desorption stages firstly decreases and then increases while the initial desorption efficiency firstly increases and then decreases.The higher the desorption pressure is，the more desorption stages the CBM well will go through during the development，and the lower the initial desorption efficiency is.The actual desorption stages is an effective evaluation parameter for formation evaluation.In Southern Qinshui Basin，there are only 1 or 2 desorption stages of CBM Wells，most of which are in the sensitive desorption stage，and the overall desorption efficiency is high.While in Eastern Ordos Margin，there are generally 3 or 4 s desorption stages，and the desorption efficiency is generally low.
Key words： Southern Qinshui Basin;Coalbed Methane well;Actual desorption stages;Influential factors;Desorption efficiency
关键词：沁水盆地南部;煤层气井;实际解吸阶段;影响因素;解吸效率
煤层气开发通过持续排水降压，将储层压力降至解吸压力以下，使甲烷解吸并通过扩散、渗流产出井筒[1]，目前对煤层气井渗流阶段研究较多，但对解吸阶段研究较少，更多是对其等温吸附特征的评价。例如，张遂安等对煤层气吸附及解吸的可逆性进行了实验研究，认为可逆性与吸附滞后并存[2];马东民等提出了一种新的解吸吸附曲线表达公式，对煤层气井解吸特征进行了研究[3]。通常认为利用等温吸附曲线对解吸效率进行预测在工程上是可行的，许多学者对利用等温吸附曲线对解吸阶段划分进行了研究，赵辉等提出了利用等温吸附曲线弧度来判定含气量随压力的变化情况及其对煤层气井产量的影响[4]。Zhang等提出利用解吸效率曲率来划分解吸阶段的思路，并提出利用启动压力、过渡压力和敏感压力将解吸阶段划分为4个阶段[5];孟艳军等，简阔等在Zhang等基础上提出了解吸阶段划分3个关键压力的精确计算方法[6-7]，同时简阔等利用分段方法研究了构造煤解吸阶段的划分方法。但对于解吸阶段的划分多处于理论完善阶段，对其实际应用研究较少，许科等利用等温吸附曲线对织金区块的排采阶段进行了划分[8]，秦勇等利用上述解吸效率分段对黔北地区长岗矿区煤层气解吸效率进行了评价，认为研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段，解吸效率高[9]。对于不同储层煤层气井实际解吸阶段存在差异，为了研究解吸段数的确定方法及影响因素，文章基于前人提出的解吸阶段划分方法，提出实际解吸段数的概念和确定方法，并研究解吸段数的影响因素及意义，为煤层气储层解吸效率定量评价提供有益探索。
1 煤层气解吸效率分段方法及条件
1.1 理论解吸阶段划分方法
孟艳军、简阔等基于兰格缪尔等温吸附理论[6-7]，利用曲率曲线的一阶导数和二阶导数，定义了启动压力、转折压力与敏感压力等吸附曲线上的3个关键节点，其计算公式如下所示。
2 实际储层解吸阶段影响因素
2.1 储层等温吸附参数影响
沁水盆地南部兰氏压力为1.84～3.84 MPa，均值为2.78 MPa;兰氏体积为25.4～44.9 cm3/g，均值为36.66 cm3/g。以兰氏压力均值2.78 MPa为定值，据式（1）～（3）计算不同兰氏体积下关键压力值见图1-a;以兰氏体积平均值36.66 cm3/g为定值，根据式（1）～（3）计算不同兰氏压力下关键压力值见图1-b。 图1-a表明，兰氏压力为2.78 MPa时，3个关键压力均随着兰氏体积增大而增大，以解吸压力为3 MPa为例，随着兰氏体积从5 cm3/g上升至50 cm3/g，煤层气井经历的解吸段数由4段降至1段，初始解吸效率由小于0.55 m3·（t·MPa）-1增加至大于2.59 m3·（t·MPa）-1，表明兰氏体积增加，解吸阶段减少，解吸效率增加。
图1-b表明，兰氏体积为36.66 cm3/g时，随着兰氏压力增加，启动压力和转折压力持续上升，敏感压力则先增加后降低。以解吸压力为3 MPa为例，兰氏压力从0 MPa上升至10 MPa，煤层气井解吸段数先后分别为4段、1段和2段，初始解吸效率由小于0.55 m3·（t·MPa）-1增加至大于2.59 m3·（t·MPa）-1后又降至1.00～2.59 cm3/g之间。表明兰氏压力增加，解吸段数先减少又增加，初始解吸效率先增加后降低。
2.2 储层解吸压力影响
利用沁水盆地南部等温吸附参数的数据计算出的关键压力见图2-a。利用牛海青、马行陟等关于鄂尔多斯盆地等温吸附参数的数据，计算出的关键压力见图2-b[10-11]。结果表明，在其余条件不变时，解吸压力越高，煤层气开发经历的解吸阶段越多，初始解吸效率越低。例如当解吸压力小于4 MPa时，仅有1～2个解吸阶段，而当解吸压力大于8 MPa时，则3～4个解吸阶段（图2-a）。
3 解吸阶段划分的实际意义
3.1 解吸段数越多，解吸效率越低
由表1可知，煤层气井实际解吸段数越多，初始解吸效率越低。在特定储层物性条件下，煤层气储层降压能力总是有限的，不能实现完全降压，因此，初始解吸效率低往往导致整个降压过程解吸效率降低。因此，煤层气井经历的实际解吸段数越多，煤层气整体解吸效率越低，解吸段数在一定程度上可以用来评价储层解吸效率，提高储层解吸效率的方法之一就是减少储层解吸段数。
图2-a还表明，沁水盆地南部绝大部分煤层气井解吸压均小于敏感压力，少数井解吸压力略高于敏感压力，说明沁水盆地南部大部分井处于敏感解吸阶段，少数井具有快速解吸和敏感解吸两个阶段，因此，总体解吸效率较高。图2-b则表明，鄂东缘解吸压力与3个关键压力关系多样，当兰氏体积小于25 cm3/g时，煤层气井一般有3～4個解吸阶段，反之，则有1～2个解吸阶段，而低煤阶煤层气储层兰氏压力一般小于25 cm3/g，因此低煤阶储层解吸阶段较多，解吸效率整体较低。 3.2 高解吸壓力不一定高产
通常认为解吸压力越高，煤层气含气量越高，产气量越高，因此常将解吸压力作为储层评价的关键指标。但据沁水盆地南部参数井解吸压力与稳产气量关系可看出（图3），随着解吸压力增加，单井日产气量先增加后降低，解吸压力为1.5～2 MPa时，日产气量最高。主要是由于解吸压力低于2 MPa的井解吸时处于敏感解吸阶段，初始解吸效率大于2.59 m3·（t·MPa）-1，解吸效率整体较高。如Q1、Q2井解吸压力分别为2 MPa和3.2 MPa，日产气量分别为1000 m3和2500 m3，Q2井解吸远大于Q1井，但日产气量却小于Q1井，主要是解吸效率差异导致的，Q1、Q2井兰氏体积分别为29.48 m3/t和40.25 m3/t，兰氏压力分别为2.83 MPa和3.03 MPa，两井的等温吸附曲线、解吸效率和敏感压力见图4。数据表明，Q1井解吸时处于敏感解吸段，初始解吸效率为6.61 m3·（t·MPa）-1，而Q2井解吸时处于快速解吸段，初始解吸效率为2.3 m3·（t·MPa）-1，解吸效率差异导致二者产量差异。
4 解吸阶段划分经验公式
虽然各关键压力有精确的计算公式，但计算复杂，不便于现场应用。依据公式（1）～（3）计算62个煤岩样品等温吸附曲线的敏感压力、启动压力和转折压力，分析3个关键压力与兰氏体积关系（图5）。
5 结论
（1） 在实际储层条件下，煤层气开发并不一定全部经历敏感解吸段、快速解吸段、缓慢解吸段和低效解吸段。因此，提出煤层气井实际解吸阶段概念，并提出了能够定量确定煤层气井解吸阶段并估算初始解吸效率的方法。
（2） 实际解吸阶段由兰氏压力、兰氏体积和解吸压力决定。兰氏体积增加，解吸阶段减少，解吸效率增加;兰氏压力增加，解吸段数先减少又增加，初始解吸效率先增加后降低;解吸压力越高，煤层气开发经历的解吸阶段越多，初始解吸效率越低。
（3） 解吸段数越多，解吸效率越低。沁水盆地南部大部分井处于敏感解吸阶段，少数井有快速解吸和敏感解吸2个阶段，总体解吸效率较高;鄂东缘煤层气井一般有3～4个解吸阶段，解吸效率整体较低。
（4） 随解吸压力增加，单井日产气量先增加后降低，解吸压力为1.5～2 MPa时日产气量最高。这主要是由于解吸压力低于2 MPa的井解吸时处于敏感解吸阶段，初始解吸效率大于2.59 m3·（t·MPa）-1，解吸效率整体较高。
参考文献
[1] 贾慧敏，孙世轩，毛崇昊，等.基于煤岩应力敏感性的煤层气井单相流产水规律研究[J].煤炭科学技术，2017，45（12）：189-193.
[2] 张遂安，叶建平，唐书恒，等.煤对甲烷气体吸附、解吸机理的可逆性实验研究[J].天然气工业， 2005， 25（1）：44-49.
[3] 张洲，鲜保安，周敏，等.近直立煤储层裂隙系统及优势渗流通道特征研究[J].新疆地质，2019，37（1）：112-115.
[4] 李科，荣雄，王增存，等.新型表面活性剂清洁压裂液体系研究及应用[J].钻采工艺，2019，42（6）：134-136.
[5] Zhang Z，Qin Y，Wang G X，et al.Numerical description of coalbed methane desorption stages based on isothermal adsorption experiment[J].Science China： Earth Sciences，2013，43（8） ：1352-1358.
[6] 肖文杰，陈雄涛.煤层气储层的测井评价方法研究综述[J].云南化工，2019，46（7）：9-10.
[7] 简阔，傅雪海，张玉贵.构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算[J].煤炭科学技术，2015，43（4）： 57-62.
[8] 许科，崔彬.等温吸附曲线在煤层气排采中的应用—以织金区块为例[J].油气藏评价与开发，2015，5（6）：73-80.
[9] 秦勇，郑长东，王博洋，等.基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价—以黔北地区长岗矿区为例[J].天然气工业，2018，38（9）：40-47.
[10] 赵爱芳，李吉，吕文刚，等.煤层气井压裂裂缝参数优化新方法[J].钻采工艺，2019，42（4）：47-49+8-9.
[11] 马行陟，宋岩，柳少波，等.中高煤阶煤储层吸附能力演化历史定量恢复—以鄂尔多斯盆地韩城地区为例[J].石油学报，2014，35（6）：1080-1086.
Abstract：In order to determine the division method and influence factors of the number of desorption stages for CBM wells，the concept，the number of actual desorption stages，and the corresponding determining method are proposed in this present study，based on the desorption stages dividing method proposed by the previous researchers.The influence factors and significance of actual desorption stages are studied，based on the parameters of isothermal adsorption and desorption pressure from Qinshui Basin and the eastern margin of Ordos Basin.The results show that the method given by this paper can effectively determine the number of desorption stages，and estimate the initial desorption efficiency for some CBM wells.The actual desorption stage of CBM well is determined by Langmuir pressure，Langmuir volume，and the desorption pressure.With the increase of Langmuir volume，the number of desorption stages decreases while the initial desorption efficiency increases.With the increase of the Langmuir pressure，the number of desorption stages firstly decreases and then increases while the initial desorption efficiency firstly increases and then decreases.The higher the desorption pressure is，the more desorption stages the CBM well will go through during the development，and the lower the initial desorption efficiency is.The actual desorption stages is an effective evaluation parameter for formation evaluation.In Southern Qinshui Basin，there are only 1 or 2 desorption stages of CBM Wells，most of which are in the sensitive desorption stage，and the overall desorption efficiency is high.While in Eastern Ordos Margin，there are generally 3 or 4 s desorption stages，and the desorption efficiency is generally low.
Key words： Southern Qinshui Basin;Coalbed Methane well;Actual desorption stages;Influential factors;Desorption efficiency